超詳細的JVM反射原理技術點總結哦~

java基礎專欄今天介紹超詳細的JVM反射原理技術點總結哦。

反射定義

1，JAVA反射機制是在運行狀態中

#對於任意一個類，都能夠知道這個類別的所有屬性和方法；

對於任意一個對象，都能夠調用它的任意一個方法和屬性；

這種動態獲取的資訊以及動態呼叫物件的方法的功能稱為java語言的反射機制。

反射提供的功能：

• 在執行階段判斷任意一個物件所屬的類別
• 在執行時建構任意一個類別的物件
• 在執行時判斷任何一個類別所具有的成員變數和方法
• 在執行階段呼叫任何一個物件的方法

    #（如果屬性是private，則正常情況下方是不允許外界操作屬性值，這裡可以用Field類別的setAccessible(true)方法，暫時開啟操作的權限）

反射的使用場景

##Java編碼時知道類別和物件的具體訊息，此時直接對類別和物件進行操作即可，無需反射
• 如果編碼時不知道類別或物件的具體訊息，此時應該使用反射來實現

反射原始碼解析

範例API ： 

Class.forName("com.my.reflectTest").newInstance()复制代码

1. 反射取得類別實例Class.forName("xxx");

#　　先調用了java.lang.Class 的靜態方法，取得類別資訊！

注意：forName()反射獲取類別信息，並沒有將實作留給了java,而是交給了jvm去加載！

          主要是先取得 ClassLoader, 然後呼叫 native 方法，取得信息，載入類別則是回呼 入參ClassLoader 進類別載入！

 @CallerSensitive
    public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        // 先通过反射，获取调用进来的类信息，从而获取当前的 classLoader
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        // 调用native方法进行获取class信息
        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
    }复制代码

2. java.lang.ClassLoader-----loadClass()

// java.lang.ClassLoader
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        // 先获取锁
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            // 如果已经加载了的话，就不用再加载了
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    // 双亲委托加载
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
 
                // 父类没有加载到时，再自己加载
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);
 
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
    
    protected Object getClassLoadingLock(String className) {
        Object lock = this;
        if (parallelLockMap != null) {
            // 使用 ConcurrentHashMap来保存锁
            Object newLock = new Object();
            lock = parallelLockMap.putIfAbsent(className, newLock);
            if (lock == null) {
                lock = newLock;
            }
        }
        return lock;
    }
    
    protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
        if (!checkName(name))
            return null;
        return findLoadedClass0(name);
    }复制代码

3. newInstance() 

newInstance() 其实相当于调用类的无参构造函数,主要做了三件事复制代码

• #權限偵測，如果不透過直接拋出例外；

• 尋找無參構器，並將其快取起來；

##呼叫特定方法的無參建構方法，產生實例並回傳；

• // 首先肯定是 Class.newInstance
      @CallerSensitive
      public T newInstance()
          throws InstantiationException, IllegalAccessException
      {
          if (System.getSecurityManager() != null) {
              checkMemberAccess(Member.PUBLIC, Reflection.getCallerClass(), false);
          }
   
          // NOTE: the following code may not be strictly correct under
          // the current Java memory model.
   
          // Constructor lookup
          // newInstance() 其实相当于调用类的无参构造函数，所以，首先要找到其无参构造器
          if (cachedConstructor == null) {
              if (this == Class.class) {
                  // 不允许调用 Class 的 newInstance() 方法
                  throw new IllegalAccessException(
                      "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"
                  );
              }
              try {
                  // 获取无参构造器
                  Class<?>[] empty = {};
                  final Constructor<T> c = getConstructor0(empty, Member.DECLARED);
                  // Disable accessibility checks on the constructor
                  // since we have to do the security check here anyway
                  // (the stack depth is wrong for the Constructor&#39;s
                  // security check to work)
                  java.security.AccessController.doPrivileged(
                      new java.security.PrivilegedAction<Void>() {
                          public Void run() {
                                  c.setAccessible(true);
                                  return null;
                              }
                          });
                  cachedConstructor = c;
              } catch (NoSuchMethodException e) {
                  throw (InstantiationException)
                      new InstantiationException(getName()).initCause(e);
              }
          }
          Constructor<T> tmpConstructor = cachedConstructor;
          // Security check (same as in java.lang.reflect.Constructor)
          int modifiers = tmpConstructor.getModifiers();
          if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(this, modifiers)) {
              Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
              if (newInstanceCallerCache != caller) {
                  Reflection.ensureMemberAccess(caller, this, null, modifiers);
                  newInstanceCallerCache = caller;
              }
          }
          // Run constructor
          try {
              // 调用无参构造器
              return tmpConstructor.newInstance((Object[])null);
          } catch (InvocationTargetException e) {
              Unsafe.getUnsafe().throwException(e.getTargetException());
              // Not reached
              return null;
          }
      }复制代码

4. getConstructor0() 為取得符合的建構子器；分三步驟：

　　1. 先取得所有的constructors, 然後透過進行參數類型比較； 　　2. 找到匹配後，透過 ReflectionFactory copy一份constructor返回； 　　3. 否則拋出 NoSuchMethodException;

private Constructor<T> getConstructor0(Class<?>[] parameterTypes,
                                        int which) throws NoSuchMethodException
    {
        // 获取所有构造器
        Constructor<T>[] constructors = privateGetDeclaredConstructors((which == Member.PUBLIC));
        for (Constructor<T> constructor : constructors) {
            if (arrayContentsEq(parameterTypes,
                                constructor.getParameterTypes())) {
                return getReflectionFactory().copyConstructor(constructor);
            }
        }
        throw new NoSuchMethodException(getName() + ".<init>" + argumentTypesToString(parameterTypes));
    }复制代码

5. privateGetDeclaredConstructors(), 取得所有的建構器主要步驟;

　　1. 先嘗試從快取中取得； 2. 如果快取沒有，則從jvm中重新獲取，並存入緩存，快取使用軟引用進行保存，保證記憶體可用；

// 获取当前类所有的构造方法，通过jvm或者缓存
    // Returns an array of "root" constructors. These Constructor
    // objects must NOT be propagated to the outside world, but must
    // instead be copied via ReflectionFactory.copyConstructor.
    private Constructor<T>[] privateGetDeclaredConstructors(boolean publicOnly) {
        checkInitted();
        Constructor<T>[] res;
        // 调用 reflectionData(), 获取保存的信息，使用软引用保存，从而使内存不够可以回收
        ReflectionData<T> rd = reflectionData();
        if (rd != null) {
            res = publicOnly ? rd.publicConstructors : rd.declaredConstructors;
            // 存在缓存，则直接返回
            if (res != null) return res;
        }
        // No cached value available; request value from VM
        if (isInterface()) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            Constructor<T>[] temporaryRes = (Constructor<T>[]) new Constructor<?>[0];
            res = temporaryRes;
        } else {
            // 使用native方法从jvm获取构造器
            res = getDeclaredConstructors0(publicOnly);
        }
        if (rd != null) {
            // 最后，将从jvm中读取的内容，存入缓存
            if (publicOnly) {
                rd.publicConstructors = res;
            } else {
                rd.declaredConstructors = res;
            }
        }
        return res;
    }
    
    // Lazily create and cache ReflectionData
    private ReflectionData<T> reflectionData() {
        SoftReference<ReflectionData<T>> reflectionData = this.reflectionData;
        int classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;
        ReflectionData<T> rd;
        if (useCaches &&
            reflectionData != null &&
            (rd = reflectionData.get()) != null &&
            rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {
            return rd;
        }
        // else no SoftReference or cleared SoftReference or stale ReflectionData
        // -> create and replace new instance
        return newReflectionData(reflectionData, classRedefinedCount);
    }
    
    // 新创建缓存，保存反射信息
    private ReflectionData<T> newReflectionData(SoftReference<ReflectionData<T>> oldReflectionData,
                                                int classRedefinedCount) {
        if (!useCaches) return null;
 
        // 使用cas保证更新的线程安全性，所以反射是保证线程安全的
        while (true) {
            ReflectionData<T> rd = new ReflectionData<>(classRedefinedCount);
            // try to CAS it...
            if (Atomic.casReflectionData(this, oldReflectionData, new SoftReference<>(rd))) {
                return rd;
            }
            // 先使用CAS更新，如果更新成功，则立即返回，否则测查当前已被其他线程更新的情况，如果和自己想要更新的状态一致，则也算是成功了
            oldReflectionData = this.reflectionData;
            classRedefinedCount = this.classRedefinedCount;
            if (oldReflectionData != null &&
                (rd = oldReflectionData.get()) != null &&
                rd.redefinedCount == classRedefinedCount) {
                return rd;
            }
        }
    }复制代码

另外，使用relactionData() 進行快取保存；ReflectionData 的資料結構如下！

// reflection data that might get invalidated when JVM TI RedefineClasses() is called
    private static class ReflectionData<T> {
        volatile Field[] declaredFields;
        volatile Field[] publicFields;
        volatile Method[] declaredMethods;
        volatile Method[] publicMethods;
        volatile Constructor<T>[] declaredConstructors;
        volatile Constructor<T>[] publicConstructors;
        // Intermediate results for getFields and getMethods
        volatile Field[] declaredPublicFields;
        volatile Method[] declaredPublicMethods;
        volatile Class<?>[] interfaces;
 
        // Value of classRedefinedCount when we created this ReflectionData instance
        final int redefinedCount;
 
        ReflectionData(int redefinedCount) {
            this.redefinedCount = redefinedCount;
        }
    }复制代码

6.透過上面，取得到 Constructor 了！接下來就只要呼叫其對應建構器的 newInstance()，也就是回傳實例了！

// return tmpConstructor.newInstance((Object[])null); 
    // java.lang.reflect.Constructor
    @CallerSensitive
    public T newInstance(Object ... initargs)
        throws InstantiationException, IllegalAccessException,
               IllegalArgumentException, InvocationTargetException
    {
        if (!override) {
            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
                checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
            }
        }
        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
        if (ca == null) {
            ca = acquireConstructorAccessor();
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
        return inst;
    }
    // sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl
    public Object newInstance(Object[] args)
      throws InstantiationException,
             IllegalArgumentException,
             InvocationTargetException
    {
        return delegate.newInstance(args);
    }
    // sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl
    public Object newInstance(Object[] args)
        throws InstantiationException,
               IllegalArgumentException,
               InvocationTargetException
    {
        // We can&#39;t inflate a constructor belonging to a vm-anonymous class
        // because that kind of class can&#39;t be referred to by name, hence can&#39;t
        // be found from the generated bytecode.
        if (++numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold()
                && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(c.getDeclaringClass())) {
            ConstructorAccessorImpl acc = (ConstructorAccessorImpl)
                new MethodAccessorGenerator().
                    generateConstructor(c.getDeclaringClass(),
                                        c.getParameterTypes(),
                                        c.getExceptionTypes(),
                                        c.getModifiers());
            parent.setDelegate(acc);
        }
 
        // 调用native方法，进行调用 constructor
        return newInstance0(c, args);
    }复制代码

傳回建構器的實例後，可以根據外部進行進行型別轉換，從而使用介面或方法進行呼叫實例功能了。

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